JP6623634B2 - Physical quantity sensors, electronic devices and moving objects - Google Patents

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Description

本発明は、振動子、電子機器および移動体に関するものである。   The present invention relates to a vibrator, an electronic device, and a moving body.

従来から、ジャイロセンサー（角速度センサー）として、特許文献１に記載の構成が知られている。この特許文献１に記載のジャイロセンサーは、枠状の質量部（枠）と、質量部の内側に配置された可動部（振動装置）と、可動部と枠とを連結する梁部（懸架片）と、可動部と対向して配置された電極と、を有し、質量部をＹ軸方向に振動させた状態でＸ軸まわりの角速度が加わると、コリオリの力によって、可動部が梁部を捩り変形させつつＺ軸方向に振動するように構成されている。このような可動部の振動によって、可動部と電極との間に形成された静電容量が変化するため、この静電容量の変化に基づいて、ジャイロセンサーに加わった角速度を検出することができる。   BACKGROUND ART Conventionally, a configuration described in Patent Document 1 has been known as a gyro sensor (angular velocity sensor). The gyro sensor described in Patent Document 1 has a frame-shaped mass part (frame), a movable part (vibration device) arranged inside the mass part, and a beam part (suspension piece) connecting the movable part and the frame. ) And an electrode arranged opposite to the movable part, and when an angular velocity around the X axis is applied in a state where the mass part is vibrated in the Y axis direction, the movable part is moved by the Coriolis force. Is configured to vibrate in the Z-axis direction while being torsionally deformed. Since the capacitance formed between the movable part and the electrode changes due to the vibration of the movable part, the angular velocity applied to the gyro sensor can be detected based on the change in the capacitance. .

しかしながら、このような特許文献１の構成では、可動部が電極側へ大きく変位すると、可動部と電極との間に発生する静電力（電気的な引力）が、梁部の復元力（自然状態へ戻ろうとする力）よりも大きくなってしまい、前記静電力によって、可動部が電極に貼り付いてしまうおそれがある。   However, in the configuration of Patent Literature 1, when the movable portion is largely displaced toward the electrode, an electrostatic force (electric attraction) generated between the movable portion and the electrode causes a restoring force (natural state) of the beam portion. And the movable portion may be stuck to the electrode due to the electrostatic force.

特表２００８−５１４９６８号公報JP 2008-514968 A

本発明の目的は、可動部の基板への貼り付きを低減することのできる振動子、電子機器および移動体を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a vibrator, an electronic device, and a moving body that can reduce sticking of a movable portion to a substrate.

このような目的は、下記の本発明により達成される。   Such an object is achieved by the present invention described below.

本発明の振動子は、基板と、
前記基板と対向して配置されている可動部と、
前記可動部を、前記基板に対して前記基板の厚さ方向に変位可能に支持する弾性変形可能な梁部と、を有し、
前記基板と前記可動部との間に形成される静電力よりも前記梁部の復元力が大きい範囲で前記可動部が前記基板側へ変位することを特徴とする。
これにより、可動部の基板への貼り付きを低減することのできる振動子が得られる。 A vibrator of the present invention, a substrate,
A movable portion disposed opposite to the substrate,
An elastically deformable beam portion that supports the movable portion so as to be displaceable in the thickness direction of the substrate with respect to the substrate,
The movable portion is displaced toward the substrate in a range where the restoring force of the beam portion is larger than the electrostatic force formed between the substrate and the movable portion.
Thus, a vibrator capable of reducing sticking of the movable portion to the substrate is obtained.

本発明の振動子では、前記基板の側面視にて、
前記静電力と前記復元力とが等しくなる位置を可動臨界としたとき、
前記可動部は、前記可動臨界を超える前に前記基板と接触することが好ましい。
これにより、可動部の基板への貼り付きを低減することができる。 In the vibrator of the present invention, in a side view of the substrate,
When the position where the electrostatic force and the restoring force are equal to each other is a movable critical,
It is preferable that the movable part contacts the substrate before the movable criticality is exceeded.
Thereby, sticking of the movable portion to the substrate can be reduced.

本発明の振動子では、前記可動臨界は、前記基板の前記可動部と対向する面よりも、前記可動部と反対側に位置することが好ましい。
これにより、可動部の基板への貼り付きを低減することができる。 In the vibrator according to the aspect of the invention, it is preferable that the movable critical position is located on a side of the substrate opposite to the movable portion with respect to a surface of the substrate facing the movable portion.
Thereby, sticking of the movable portion to the substrate can be reduced.

本発明の振動子では、前記基板は、前記可動部と対向して配置されている電極と、前記電極を支持するベース基板と、を有していることが好ましい。
これにより、例えば、可動部と電極との間に形成される静電容量の変化を検知することで、可動部の変位量を検出することができる。そのため、例えば、加速度や角速度などの物理量を検出する物理量センサーとして好適に利用することができる。 In the vibrator according to the aspect of the invention, it is preferable that the substrate include an electrode disposed to face the movable portion and a base substrate that supports the electrode.
Thus, for example, by detecting a change in the capacitance formed between the movable part and the electrode, the displacement amount of the movable part can be detected. Therefore, for example, it can be suitably used as a physical quantity sensor for detecting physical quantities such as acceleration and angular velocity.

本発明の振動子では、前記可動部は、前記基板の面内方向に沿う回動軸まわりに回動することが好ましい。
これにより、可動部をスムーズに変位させることができる。 In the vibrator according to the aspect of the invention, it is preferable that the movable unit rotate around a rotation axis along an in-plane direction of the substrate.
Thereby, the movable part can be smoothly displaced.

本発明の振動子では、前記可動部は、先端部から先端側へ突出する突出部を有していることが好ましい。
これにより、仮に、可動部が基板に接触した際の、基板との接触面積を小さくすることができる。そのため、可動部の基板への貼り付きをより効果的に低減することができる。 In the vibrator according to the aspect of the invention, it is preferable that the movable portion has a protruding portion that protrudes from the distal end toward the distal end.
This makes it possible to reduce the contact area between the movable portion and the substrate when the movable portion contacts the substrate. Therefore, sticking of the movable portion to the substrate can be reduced more effectively.

本発明の振動子では、前記基板は、前記可動部の先端部と対向する位置に設けられ、前記可動部と反対側へ凹む段差部を有していることが好ましい。
これにより、可動部と基板との接触を低減することができる。 In the vibrator according to the aspect of the invention, it is preferable that the substrate has a step portion that is provided at a position facing a distal end portion of the movable portion and that is recessed to a side opposite to the movable portion.
Thereby, the contact between the movable part and the substrate can be reduced.

本発明の振動子では、前記基板の前記可動部と接触し得る箇所には、凹凸が形成されていることが好ましい。
これにより、仮に、可動部が基板に接触した際の、基板との接触面積を小さくすることができる。そのため、可動部の基板への貼り付きをより効果的に低減することができる。 In the vibrator according to the aspect of the invention, it is preferable that unevenness is formed at a portion of the substrate that can come into contact with the movable portion.
This makes it possible to reduce the contact area between the movable portion and the substrate when the movable portion contacts the substrate. Therefore, sticking of the movable portion to the substrate can be reduced more effectively.

本発明の電子機器は、本発明の振動子を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。 An electronic device according to the present invention includes the vibrator according to the present invention.
Thus, a highly reliable electronic device can be obtained.

本発明の移動体は、本発明の振動子を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。 A moving body according to the present invention includes the vibrator according to the present invention.
Thereby, a highly reliable moving object can be obtained.

本発明の第１実施形態に係る振動子を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the vibrator according to the first embodiment of the present invention. 図１中のＡ−Ａ線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1. 従来の問題点を説明するための断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a conventional problem. 従来の問題点を説明するための断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a conventional problem. 図１に示す振動子の断面図である。It is sectional drawing of the vibrator shown in FIG. 図１に示す振動子の断面図である。It is sectional drawing of the vibrator shown in FIG. 固定検出電極の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of a fixed detection electrode. 機能素子の変形例を示す平面図である。It is a top view showing a modification of a functional element. 図８中のＢ−Ｂ線断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along line BB in FIG. 8. 本発明の第２実施形態に係る振動子が備える検出用フラップ板を示す平面図である。It is a top view showing the flap board for detection with which the oscillator concerning a 2nd embodiment of the present invention is provided. 固定検出電極の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of a fixed detection electrode. 検出用フラップ板の変形例を示す平面図である。It is a top view showing the modification of the flap board for detection. 検出用フラップ板の変形例を示す平面図である。It is a top view showing the modification of the flap board for detection. 本発明の第３実施形態に係る振動子の断面図である。It is sectional drawing of the vibrator which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 検出用フラップ板が基板に接触した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which the flap board for a detection contacted the board | substrate. 基板に設けられた角部を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a corner provided on the substrate. 図１６中のＣ−Ｃ線断面図である。FIG. 17 is a sectional view taken along line CC in FIG. 16. 図１６に示す角部の変形例を示す平面図である。FIG. 17 is a plan view showing a modification of the corner shown in FIG. 16. 図１６に示す角部の変形例を示す平面図である。FIG. 17 is a plan view showing a modification of the corner shown in FIG. 16. 本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which the electronic apparatus of the present invention is applied. 本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone (including a PHS) to which an electronic device according to the invention is applied. 本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a digital still camera to which the electronic apparatus according to the invention is applied. 本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an automobile to which a moving body according to the present invention is applied.

以下、本発明の振動子、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, a vibrator, an electronic device, and a moving body according to the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る振動子について説明する。 <First embodiment>
First, a resonator according to the first embodiment of the present invention will be described.

図１は、本発明の第１実施形態に係る振動子を示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３および図４は、それぞれ、従来の問題点を説明するための断面図である。図５および図６は、それぞれ、図１に示す振動子の断面図である。図７は、固定検出電極の変形例を示す断面図である。図８は、機能素子の変形例を示す平面図である。図９は、図８中のＢ−Ｂ線断面図である。なお、以下の説明では、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸方向に沿う方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ軸方向」とも言う。   FIG. 1 is a plan view showing a vibrator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 3 and 4 are cross-sectional views for explaining a conventional problem. 5 and 6 are cross-sectional views of the vibrator shown in FIG. FIG. 7 is a sectional view showing a modification of the fixed detection electrode. FIG. 8 is a plan view showing a modification of the functional element. FIG. 9 is a sectional view taken along line BB in FIG. In the following description, three axes orthogonal to each other are referred to as an X axis, a Y axis, and a Z axis. The direction along the X axis is also referred to as “X axis direction”, the direction along the Y axis direction is also referred to as “Y axis direction”, and the direction along the Z axis is also referred to as “Z axis direction”.

図１および図２に示す振動子１は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出することのできるジャイロセンサー（角速度センサー）である。このような振動子１は、基板２と、蓋体３と、機能素子４と、を有する。なお、説明の便宜上、図１では、基板２および蓋体３の図示を省略している。   The vibrator 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a gyro sensor (angular velocity sensor) that can detect an angular velocity ωy around the Y axis. Such a vibrator 1 has a substrate 2, a lid 3, and a functional element 4. Note that, for convenience of explanation, the illustration of the substrate 2 and the lid 3 is omitted in FIG.

基板２は、ベース基板２１と、ベース基板２１に支持された固定検出電極２２と、を有する。ベース基板２１は、上面に開放する凹部２１１と、凹部２１１内に設けられたポスト（突起部）２１２と、を有し、上面とポスト２１２とで機能素子４を支持している。また、固定検出電極２２は、凹部２１１の底面２１１ａに２つ設けられている。一方、蓋体３は、下面に開放する凹部３１を有する。これらベース基板２１と蓋体３とが、凹部２１１と凹部３１とで内部空間Ｓを形成するように接合されている。そして、内部空間Ｓに機能素子４が収容されている。なお、内部空間Ｓは、減圧状態であることが好ましい。これにより、粘性抵抗が減り、機能素子４を効率的に振動させることができる。   The substrate 2 has a base substrate 21 and a fixed detection electrode 22 supported by the base substrate 21. The base substrate 21 has a concave portion 211 opened to the upper surface and a post (projection portion) 212 provided in the concave portion 211, and the functional element 4 is supported by the upper surface and the post 212. Further, two fixed detection electrodes 22 are provided on the bottom surface 211 a of the concave portion 211. On the other hand, the lid 3 has a concave portion 31 that opens to the lower surface. The base substrate 21 and the lid 3 are joined together so as to form an internal space S by the concave portion 211 and the concave portion 31. The functional element 4 is accommodated in the internal space S. Note that the internal space S is preferably in a reduced pressure state. Thereby, the viscous resistance is reduced, and the functional element 4 can be vibrated efficiently.

本実施形態では、ベース基板２１がガラス基板から形成されており、蓋体３がシリコン基板から形成されている。そのため、ベース基板２１と蓋体３とを陽極接合によって接合することができる。ただし、ベース基板２１および蓋体３の材料としては、これに限定されないし、ベース基板２１と蓋体３との接合方法も、これに限定されない。   In the present embodiment, the base substrate 21 is formed from a glass substrate, and the lid 3 is formed from a silicon substrate. Therefore, the base substrate 21 and the lid 3 can be bonded by anodic bonding. However, the material of the base substrate 21 and the lid 3 is not limited to this, and the method of joining the base substrate 21 and the lid 3 is not limited to this.

機能素子４は、前述したように、内部空間Ｓに配置されており、ベース基板２１の上面とポスト２１２とに接合されている。このような機能素子４は、２つの構造体４０（４０ａ、４０ｂ）を有する。２つの構造体４０ａ、４０ｂは、Ｘ軸方向に並んで設けられており、Ｙ軸に沿う仮想直線αに対して対称となっている。   As described above, the functional element 4 is disposed in the internal space S, and is joined to the upper surface of the base substrate 21 and the post 212. Such a functional element 4 has two structures 40 (40a, 40b). The two structures 40a and 40b are provided side by side in the X-axis direction, and are symmetric with respect to a virtual straight line α along the Y-axis.

構造体４０は、質量部（振動部）４１と、駆動バネ部４２と、固定部４３と、可動駆動電極４４と、固定駆動電極４５、４６と、検出用フラップ板（可動部）４７と、梁部４８と、を有する。このような構造体４０は、リン、ボロン等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をエッチング等によってパターニングすることで一体的に形成されている。   The structure 40 includes a mass part (vibrating part) 41, a driving spring part 42, a fixed part 43, a movable driving electrode 44, fixed driving electrodes 45 and 46, a detection flap plate (movable part) 47, And a beam portion 48. Such a structure 40 is integrally formed by patterning a conductive silicon substrate doped with an impurity such as phosphorus or boron by etching or the like.

質量部４１は、矩形の枠体であり、構造体４０の中央部に配置されている。そして、質量部４１の４隅にそれぞれ駆動バネ部４２の一端部が接続されている。また、駆動バネ部４２の他端部は、固定部４３に接続されており、固定部４３は、ベース基板２１の上面またはポスト２１２に接合（固定）されている。これにより、質量部４１および駆動バネ部４２が基板２から浮いた状態で支持された状態となる。そして、駆動バネ部４２をＸ軸方向に伸縮（弾性変形）させることで、質量部４１を固定部４３に対してＸ軸方向に振動させることができる。なお、固定部４３とポスト２１２との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、陽極接合を用いることができる。   The mass portion 41 is a rectangular frame, and is disposed at the center of the structure 40. One end of the drive spring portion 42 is connected to each of the four corners of the mass portion 41. The other end of the driving spring portion 42 is connected to a fixing portion 43, and the fixing portion 43 is joined (fixed) to the upper surface of the base substrate 21 or the post 212. Thus, the mass portion 41 and the driving spring portion 42 are supported in a state of being floated from the substrate 2. Then, by expanding and contracting (elastically deforming) the drive spring portion 42 in the X-axis direction, the mass portion 41 can be vibrated in the X-axis direction with respect to the fixed portion 43. The method of joining the fixing portion 43 and the post 212 is not particularly limited, but for example, anodic joining can be used.

可動駆動電極４４は、質量部４１に設けられており、本実施形態では、質量部４１の＋Ｙ軸側に２つ、−Ｙ軸側に２つ、計４つ設けられている。これら可動駆動電極４４は、質量部４１からＹ軸方向に延出する幹部と、この幹部からＸ軸方向に延出する複数の枝部と、を備えた櫛歯形状となっている。一方、固定駆動電極４５、４６は、ベース基板２１に接合（固定）されている。固定駆動電極４５、４６は、可動駆動電極４４と対向して設けられ、固定駆動電極４５、４６の間に可動駆動電極４４が配置されている。また、固定駆動電極４５、４６は、Ｙ軸方向に延在する幹部と、この幹部からＸ軸方向に延在する枝部と、を備えた櫛歯形状となっている。   The movable drive electrodes 44 are provided on the mass unit 41, and in the present embodiment, two movable drive electrodes 44 are provided on the + Y axis side and two on the −Y axis side of the mass unit 41, for a total of four movable drive electrodes 44. Each of the movable drive electrodes 44 has a comb-like shape including a stem extending from the mass 41 in the Y-axis direction and a plurality of branches extending from the stem in the X-axis direction. On the other hand, the fixed drive electrodes 45 and 46 are joined (fixed) to the base substrate 21. The fixed drive electrodes 45 and 46 are provided to face the movable drive electrode 44, and the movable drive electrode 44 is disposed between the fixed drive electrodes 45 and 46. Further, the fixed drive electrodes 45 and 46 have a comb-teeth shape including a stem extending in the Y-axis direction and a branch extending from the stem in the X-axis direction.

そのため、可動駆動電極４４と固定駆動電極４５、４６との間に駆動電圧を印加すると、可動駆動電極４４と固定駆動電極４５、４６との間に静電力が発生し、これにより、駆動バネ部４２をＸ軸方向に伸縮させつつ、質量部４１をＸ軸方向に振動（駆動）させることができる。なお、構造体４０ａと構造体４０ｂとでは、固定駆動電極４５と固定駆動電極４６の配置が逆である。すなわち、構造体４０ａでは、可動駆動電極４４の−Ｘ軸側に固定駆動電極４５が位置し、＋Ｘ軸側に固定駆動電極４６が位置しているのに対して、構造体４０ｂでは、可動駆動電極４４の＋Ｘ軸側に固定駆動電極４５が位置し、−Ｘ軸側に固定駆動電極４６が位置している。そのため、構造体４０ａの質量部４１と、構造体４０ｂの質量部４１は、互いに接近、離間するようにＸ軸方向に逆位相で振動する。これにより、２つの質量部４１の振動をキャンセルことができ、振動漏れを低減することができる。   Therefore, when a drive voltage is applied between the movable drive electrode 44 and the fixed drive electrodes 45 and 46, an electrostatic force is generated between the movable drive electrode 44 and the fixed drive electrodes 45 and 46, and as a result, the drive spring portion The mass portion 41 can be vibrated (driven) in the X-axis direction while expanding and contracting the 42 in the X-axis direction. Note that the arrangement of the fixed drive electrode 45 and the fixed drive electrode 46 is reversed between the structures 40a and 40b. That is, in the structure 40a, the fixed drive electrode 45 is located on the −X axis side of the movable drive electrode 44, and the fixed drive electrode 46 is located on the + X axis side. The fixed drive electrode 45 is located on the + X axis side of the electrode 44, and the fixed drive electrode 46 is located on the −X axis side. Therefore, the mass part 41 of the structure 40a and the mass part 41 of the structure 40b vibrate in opposite phases in the X-axis direction so as to approach and separate from each other. Thereby, the vibration of the two mass parts 41 can be canceled, and the vibration leakage can be reduced.

なお、本実施形態では、上述したように、静電力によって質量部４１を振動させる形態（静電駆動方式）について説明したが、質量部４１を振動させる方法は、特に限定されず、圧電駆動方式や、磁場のローレンツ力を利用した電磁駆動方式等を適用することもできる。   In the present embodiment, as described above, the mode in which the mass unit 41 is vibrated by electrostatic force (electrostatic driving method) has been described. However, the method of vibrating the mass unit 41 is not particularly limited, and the piezoelectric driving method is used. Alternatively, an electromagnetic driving method using Lorentz force of a magnetic field or the like can be applied.

検出用フラップ板４７は、質量部４１の内側に配置されている。また、検出用フラップ板４７は、矩形の板状をなし、Ｙ軸方向の一端部において梁部４８を介して質量部４１に支持されている。このような検出用フラップ板４７は、質量部４１をＸ軸方向に振動させた状態の振動子１にＹ軸まわりの角速度ωｙが加わることで、コリオリの力によって、梁部４８を捩り変形（弾性変形）させつつ、梁部４８で形成された回動軸Ｊまわりに回動（変位）する。これにより、検出用フラップ板４７をスムーズにＺ軸方向に変位させることができる。   The detection flap plate 47 is arranged inside the mass unit 41. Further, the detection flap plate 47 has a rectangular plate shape, and is supported by the mass portion 41 via a beam portion 48 at one end in the Y-axis direction. In such a detection flap plate 47, when the angular velocity ωy about the Y axis is applied to the vibrator 1 in a state where the mass section 41 is vibrated in the X axis direction, the beam section 48 is torsionally deformed by Coriolis force ( While being elastically deformed, it is rotated (displaced) about a rotation axis J formed by the beam portion 48. Thus, the detection flap plate 47 can be smoothly displaced in the Z-axis direction.

ベース基板２１の検出用フラップ板４７と対向する領域（Ｚ軸方向から見た平面視で重なる領域）には固定検出電極２２が設けられており、固定検出電極２２と検出用フラップ板４７との間に静電容量Ｃが形成されている。前述したように、角速度ωｙによって検出用フラップ板４７が回動軸Ｊまわりに変位（傾倒）すると、静電容量Ｃの大きさが変化するため、この静電容量Ｃの変化に基づいて角速度ωｙを検出することができる。なお、固定検出電極２２の構成材料としては、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、アルミニウム、金、白金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等を用いることができる。   The fixed detection electrode 22 is provided in a region of the base substrate 21 facing the detection flap plate 47 (a region overlapping in a plan view when viewed from the Z-axis direction). A capacitance C is formed between them. As described above, when the detection flap plate 47 is displaced (tilted) around the rotation axis J due to the angular velocity ωy, the magnitude of the capacitance C changes. Therefore, the angular velocity ωy is determined based on the change in the capacitance C. Can be detected. The constituent material of the fixed detection electrode 22 is not particularly limited as long as it has conductivity, and for example, aluminum, gold, platinum, ITO (Indium Tin Oxide), or the like can be used.

以上、振動子１の形状について説明した。次に、振動子１の動作について説明する。可動駆動電極４４と固定駆動電極４５、４６との間に駆動電圧を印加し、構造体４０ａの質量部４１と構造体４０ｂの質量部４１とを逆位相でかつ所定の周波数でＸ軸方向に振動させる。この状態において、振動子１にＹ軸まわりの角速度ωｙが加わると、コリオリ力が働き、構造体４０ａの検出用フラップ板４７と、構造体４０ｂの検出用フラップ板４７とが、回動軸Ｊまわりに（Ｚ軸方向に）逆位相で変位する。検出用フラップ板４７が変位することで、検出用フラップ板４７と固定検出電極２２とのギャップが変化し、それに伴って静電容量Ｃが変化するため、この静電容量Ｃの変化量を検出することで、角速度ωｙを求めることができる。   The shape of the vibrator 1 has been described above. Next, the operation of the vibrator 1 will be described. A drive voltage is applied between the movable drive electrode 44 and the fixed drive electrodes 45 and 46, and the mass part 41 of the structure 40a and the mass part 41 of the structure 40b are in opposite phases and at a predetermined frequency in the X-axis direction. Vibrate. In this state, when an angular velocity ωy about the Y-axis is applied to the vibrator 1, Coriolis force acts, and the detection flap plate 47 of the structure 40a and the detection flap plate 47 of the structure 40b are rotated by the rotation axis J. Displaced around (in the Z-axis direction) in opposite phase. The displacement of the detection flap plate 47 changes the gap between the detection flap plate 47 and the fixed detection electrode 22, and the capacitance C changes accordingly. Therefore, the amount of change in the capacitance C is detected. By doing so, the angular velocity ωy can be obtained.

次に、振動子１の特徴の１つである、検出用フラップ板４７の可動域について詳細に説明する。前述したように、検出用フラップ板４７は、質量部４１を駆動させた状態で角速度ωｙが加わることで、Ｚ軸方向に振動するようになっている。振動子１では、検出用フラップ板４７がＺ軸方向に振動する際に、固定検出電極２２との間に作用する静電力（電気的な引力）によって固定検出電極２２に貼り付いてしまうことを低減する構成となっている。   Next, the movable range of the detection flap plate 47, which is one of the features of the vibrator 1, will be described in detail. As described above, the detection flap plate 47 is configured to vibrate in the Z-axis direction when the angular velocity ωy is applied while the mass unit 41 is driven. In the vibrator 1, when the detection flap plate 47 vibrates in the Z-axis direction, the flap plate 47 sticks to the fixed detection electrode 22 due to electrostatic force (electric attraction) acting between the flap plate 47 and the fixed detection electrode 22. It is configured to reduce.

まず、静電力による検出用フラップ板４７の固定検出電極２２への貼り付きについて説明する。まず、図３に示すように、振動子１の側面視（Ｘ軸方向から見た平面視）で、固定検出電極２２との間に作用する静電力と、梁部４８の復元力（自然状態へ戻ろうとする力。ばね定数）と、が等しくなる境界をプルイン臨界（可動臨界）Ｌとする。すなわち、検出用フラップ板４７がプルイン臨界Ｌよりも上側（＋Ｚ軸側）に位置していれば、梁部４８の復元力の方が、検出用フラップ板４７と固定検出電極２２との間に作用する静電力よりも大きく、検出用フラップ板４７の少なくとも一部がプルイン臨界Ｌよりも下側（−Ｚ軸側）に位置していれば、梁部４８の復元力の方が、検出用フラップ板４７と固定検出電極２２との間に作用する静電力よりも小さいことを意味する。   First, sticking of the detection flap plate 47 to the fixed detection electrode 22 by electrostatic force will be described. First, as shown in FIG. 3, when viewed from the side of the vibrator 1 (a plan view viewed from the X-axis direction), the electrostatic force acting between the vibrator 1 and the fixed detection electrode 22 and the restoring force of the beam portion 48 (natural state) The boundary where the force trying to return to (the spring constant) becomes equal to the pull-in critical (movable critical) L. That is, if the detection flap plate 47 is located above the pull-in critical L (+ Z-axis side), the restoring force of the beam portion 48 is larger between the detection flap plate 47 and the fixed detection electrode 22. If the force is larger than the acting electrostatic force and at least a part of the detection flap plate 47 is located below the pull-in critical L (on the −Z-axis side), the restoring force of the beam portion 48 is larger than the detection force. This means that the force is smaller than the electrostatic force acting between the flap plate 47 and the fixed detection electrode 22.

そのため、例えば、過度な角速度ωｙや検出用フラップ板４７をＺ軸方向へ変位させるその他の外力が加わり、検出用フラップ板４７がプルイン臨界Ｌよりも下側まで変位してしまうと、梁部４８の復元力が静電力に対抗しきれず、検出用フラップ板４７が固定検出電極２２に引き付けられ、図４に示すように、基板２に貼り付いてしまうおそれがある。   Therefore, for example, if an excessive angular velocity ωy or other external force for displacing the detection flap plate 47 in the Z-axis direction is applied, and the detection flap plate 47 is displaced below the pull-in critical L, the beam portion 48 The restoring force cannot completely counteract the electrostatic force, and the flap plate 47 for detection may be attracted to the fixed detection electrode 22 and may adhere to the substrate 2 as shown in FIG.

そこで、振動子１では、図５に示すように、プルイン臨界Ｌが基板２の検出用フラップ板４７と対向する面（本実施形態では、固定検出電極２２の上面）よりも下側（検出用フラップ板４７と反対側）に位置するように、梁部４８のばね定数や、固定検出電極２２の面積等を設計している。このような設計とすると、図６に示すように、検出用フラップ板４７がプルイン臨界Ｌを超える前に、検出用フラップ板４７が基板２とぶつかり、それ以上の変位が規制される。言い換えると、検出用フラップ板４７が基板２と接触するまで−Ｚ軸方向に変位しても、検出用フラップ板４７がプルイン臨界Ｌよりも下側へ変位することがない。すなわち、プルイン臨界Ｌを超える前に検出用フラップ板４７が基板２に接触する。そのため、常に、検出用フラップ板４７をプルイン臨界Ｌよりも上側の領域内で振動させることができる。したがって、振動子１によれば、上述したような、検出用フラップ板４７の基板２への貼り付きを低減することができる。   Therefore, in the vibrator 1, as shown in FIG. 5, the pull-in critical L is lower than the surface (in the present embodiment, the upper surface of the fixed detection electrode 22) of the substrate 2 facing the detection flap plate 47 (for the detection). The spring constant of the beam portion 48, the area of the fixed detection electrode 22, and the like are designed so as to be positioned on the side opposite to the flap plate 47). With such a design, as shown in FIG. 6, before the detection flap plate 47 exceeds the pull-in critical L, the detection flap plate 47 collides with the substrate 2 and further displacement is regulated. In other words, even if the detection flap plate 47 is displaced in the −Z-axis direction until it comes into contact with the substrate 2, the detection flap plate 47 does not displace below the pull-in critical L. That is, the detection flap 47 contacts the substrate 2 before the pull-in critical L is exceeded. Therefore, the detection flap plate 47 can always be vibrated in the region above the pull-in critical L. Therefore, according to the vibrator 1, the sticking of the detection flap plate 47 to the substrate 2 as described above can be reduced.

なお、振動子１のように、プルイン臨界Ｌを固定検出電極２２の上面よりも下側に位置させるために、例えば、梁部４８のバネ定数を次のように設定することができる。すなわち、梁部４８のバネ定数をｋｒとし、内部空間Ｓの誘電率をεとし、固定検出電極２２の面積をＳｅとし、検出用フラップ板４７と固定検出電極２２との間に印加する電圧をＶとし、初期状態での検出用フラップ板４７と固定検出電極２２との離間距離をｄ、検出用フラップ板４７との長さ（Ｙ軸方向の長さ）をｌとしたとき、下記式（１）を満足することで、プルイン臨界Ｌを固定検出電極２２の上面よりも下側に位置させることができる。
Ｋｒ＞ε・Ｓｅ・Ｖ２・（ｌ／ｄ（３／２））／√２…（１） In order to position the pull-in critical L below the upper surface of the fixed detection electrode 22 like the vibrator 1, for example, the spring constant of the beam portion 48 can be set as follows. That is, the spring constant of the beam portion 48 is kr, the dielectric constant of the internal space S is ε, the area of the fixed detection electrode 22 is Se, and the voltage applied between the detection flap plate 47 and the fixed detection electrode 22 is V, and the distance between the detection flap plate 47 and the fixed detection electrode 22 in the initial state is d, and the length (length in the Y-axis direction) of the detection flap plate 47 is 1; By satisfying 1), the pull-in critical L can be located below the upper surface of the fixed detection electrode 22.
Kr> ε · Se · V2 · ( l / d (3/2)) / √2 ... (1)

以上、本実施形態の振動子１について説明した。なお、本実施形態の振動子１では、検出用フラップ板４７がＺ軸方向に過度に変位すると、固定検出電極２２に接触するようになっているため、接触時にショートが発生するおそれがある。そのため、図７に示すように、検出用フラップ板４７がＺ軸方向に過度に変位すると、固定検出電極２２ではなくて凹部２１１の底面２１１ａと接触するように構成されていてもよい。底面２１１ａは、基板２が必ずしも露出していなくてもよい。例えば、基板２の上面に導電膜や検出用フラップ板４７と電気的に接続された導電膜が設けられていてもよい。この場合は、底面２１１ａまたは導電膜より下側にプルイン臨界Ｌが位置していればよい。   As above, the oscillator 1 of the present embodiment has been described. In addition, in the vibrator 1 of the present embodiment, if the detection flap plate 47 is excessively displaced in the Z-axis direction, the flap plate 47 comes into contact with the fixed detection electrode 22, so that a short circuit may occur at the time of contact. Therefore, as shown in FIG. 7, when the detection flap plate 47 is excessively displaced in the Z-axis direction, the detection flap plate 47 may be configured to contact not the fixed detection electrode 22 but the bottom surface 211 a of the concave portion 211. The substrate 2 does not necessarily have to be exposed on the bottom surface 211a. For example, a conductive film and a conductive film electrically connected to the detection flap plate 47 may be provided on the upper surface of the substrate 2. In this case, the pull-in critical L may be located below the bottom surface 211a or the conductive film.

なお、図７に示す構成とすることで、検出用フラップ板４７と固定検出電極２２との対向面積が減る。また、固定検出電極２２を梁部４８側に寄せて配置しているため、検出用フラップ板４７が変位したときに、検出用フラップ板４７と固定検出電極２２とのギャップの変化量が小さくなる。そのため、検出用フラップ板４７と固定検出電極２２との間の静電力の変動が小さくなり、検出用フラップ板４７の基板２への貼り付きをより効果的に低減することができる。   Note that the configuration shown in FIG. 7 reduces the facing area between the detection flap plate 47 and the fixed detection electrode 22. In addition, since the fixed detection electrode 22 is arranged close to the beam portion 48, when the detection flap plate 47 is displaced, the amount of change in the gap between the detection flap plate 47 and the fixed detection electrode 22 is reduced. . Therefore, the fluctuation of the electrostatic force between the detection flap plate 47 and the fixed detection electrode 22 is reduced, and the sticking of the detection flap plate 47 to the substrate 2 can be reduced more effectively.

以上、第１実施形態の振動子１について説明した。なお、本実施形態では、各構造体４０が１つの検出用フラップ板４７を備えた構成について説明しているが、検出用フラップ板４７の数としては、１つに限定されない。例えば、図８および図９に示すように、検出用フラップ板４７がＹ軸方向に並んで２つ設けられていてもよい。この構成では、２つの検出用フラップ板４７を自由端同士が背を向けるように配置しているが、例えば、自由端同士が向き合うように配置してもよいし、自由端同士が同じ方向を向くように配置してもよい。   As described above, the vibrator 1 according to the first embodiment has been described. Note that, in the present embodiment, a configuration in which each structure 40 includes one detection flap plate 47 is described, but the number of detection flap plates 47 is not limited to one. For example, as shown in FIGS. 8 and 9, two detection flap plates 47 may be provided side by side in the Y-axis direction. In this configuration, the two detection flap plates 47 are arranged so that the free ends face each other. For example, the two flap plates 47 may be arranged so that the free ends face each other, or the free ends face the same direction. You may arrange so that it may turn.

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る振動子について説明する。 <Second embodiment>
Next, a vibrator according to a second embodiment of the present invention will be described.

図１０は、本発明の第２実施形態に係る振動子が備える検出用フラップ板を示す平面図である。図１１は、固定検出電極の変形例を示す平面図である。図１２および図１３は、それぞれ、検出用フラップ板の変形例を示す平面図である。   FIG. 10 is a plan view illustrating a detection flap plate included in the vibrator according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a plan view showing a modification of the fixed detection electrode. 12 and 13 are plan views each showing a modification of the detection flap plate.

本実施形態に係る振動子では、主に、機能素子の構成（検出用フラップ板の形状）が異なること以外は、前述した第１実施形態にかかる振動子と同様である。   The vibrator according to the present embodiment is the same as the vibrator according to the above-described first embodiment, except that the configuration of the functional element (the shape of the detection flap plate) is different.

なお、以下の説明では、第２実施形態の振動子に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０ないし図１２では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。   In the following description, the vibrator according to the second embodiment will be described focusing on differences from the above-described embodiment, and description of the same items will be omitted. 10 to 12, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.

図１０に示す機能素子４では、検出用フラップ板４７が、その先端部から先端側へ突出する突出部４７１を有する。本実施形態では、略矩形の突出部４７１が互いに離間して複数設けられている。このような突出部４７１を設けることで、検出用フラップ板４７の先端に凹凸が形成されるため、検出用フラップ板４７が基板２に接触した際の基板２との接触面積を、例えば、前述した第１実施形態と比較して小さくすることができる。したがって、前述した静電力の影響を小さくすることができると共に、静電力以外の要因に起因した検出用フラップ板４７の基板２への貼り付きを低減することができる。なお、静電力以外の要因としては、例えば、検出用フラップ板４７と基板２との接触による接触帯電や、検出用フラップ板４７と基板２との接触摩擦（微小な凹凸同士の引っ掛かり）等による貼り付きが挙げられる。   In the functional element 4 shown in FIG. 10, the detection flap plate 47 has a protruding portion 471 protruding from the front end to the front end side. In the present embodiment, a plurality of substantially rectangular protrusions 471 are provided apart from each other. By providing such a protruding portion 471, unevenness is formed at the tip of the detection flap plate 47. Therefore, the contact area between the detection flap plate 47 and the substrate 2 when the detection flap plate 47 contacts the substrate 2 is, for example, as described above. The size can be reduced as compared with the first embodiment. Therefore, the influence of the electrostatic force described above can be reduced, and the sticking of the detection flap plate 47 to the substrate 2 due to factors other than the electrostatic force can be reduced. Note that factors other than the electrostatic force include, for example, contact charging due to contact between the detection flap plate 47 and the substrate 2 and contact friction between the detection flap plate 47 and the substrate 2 (i.e., caught between minute irregularities). Sticking is included.

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。   According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

なお、突出部４７１と固定検出電極２２との接触を防止するために、図１１に示すように、固定検出電極２２の突出部４７１と対向する部分を除去してもよい。また、突出部４７１の形状としては、検出用フラップ板４７と基板２との接触面積を小さくすることができれば、特に限定されない。例えば、突出部４７１は、図１２に示すような三角形状や、図１３に示すような半円形状等、先端へ向けて幅が漸減するテーパー状をなしていてもよい。また、突出部４７１の数としては、特に限定されず、１つであってもよい。   Note that, in order to prevent the contact between the protrusion 471 and the fixed detection electrode 22, a portion of the fixed detection electrode 22 facing the protrusion 471 may be removed as shown in FIG. The shape of the protrusion 471 is not particularly limited as long as the contact area between the detection flap plate 47 and the substrate 2 can be reduced. For example, the protruding portion 471 may have a tapered shape whose width gradually decreases toward the tip, such as a triangular shape as shown in FIG. 12 or a semicircular shape as shown in FIG. Further, the number of the protrusions 471 is not particularly limited, and may be one.

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る振動子について説明する。 <Third embodiment>
Next, a resonator according to a third embodiment of the present invention will be described.

図１４は、本発明の第３実施形態に係る振動子の断面図である。図１５は、検出用フラップ板が基板に接触した状態を示す断面図である。図１６は、基板に設けられた角部を示す平面図である。図１７は、図１６中のＣ−Ｃ線断面図である。図１８および図１９は、それぞれ、図１６に示す角部の変形例を示す平面図である。   FIG. 14 is a sectional view of a vibrator according to the third embodiment of the present invention. FIG. 15 is a cross-sectional view showing a state in which the detection flap plate is in contact with the substrate. FIG. 16 is a plan view showing a corner provided on the substrate. FIG. 17 is a sectional view taken along line CC in FIG. 18 and 19 are plan views each showing a modified example of the corner shown in FIG.

本実施形態に係る振動子では、主に、基板の構成が異なっていること以外は、前述した第１実施形態にかかる振動子と同様である。   The vibrator according to the present embodiment is the same as the vibrator according to the above-described first embodiment except that the configuration of the substrate is different.

なお、以下の説明では、第３実施形態の振動子に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１４ないし１６では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。   In the following description, the resonator according to the third embodiment will be described focusing on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same items will be omitted. In FIGS. 14 to 16, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.

図１４に示す基板２では、凹部２１１の底面２１１ａの検出用フラップ板４７と対向する位置に、下側へ凹む段差部（凹部）２１３が形成されている。この段差部２１３は、検出用フラップ板４７と基板２との接触を防止するための逃げ部として機能する。このような段差部２１３を設けることで、段差部２１３がない場合（例えば前述した第１実施形態）と比較して、検出用フラップ板４７の回動角度θを大きくすることができる。そのため、より大きい角速度ωｙが検出可能となり、角速度ωｙの検出許容範囲を広くすることができる。   In the substrate 2 shown in FIG. 14, a step portion (recess) 213 that is recessed downward is formed at a position on the bottom surface 211 a of the recess 211 that faces the detection flap plate 47. The step portion 213 functions as an escape portion for preventing contact between the detection flap plate 47 and the substrate 2. By providing such a step portion 213, the rotation angle θ of the detection flap plate 47 can be increased as compared with a case where the step portion 213 is not provided (for example, the first embodiment described above). Therefore, a larger angular velocity ωy can be detected, and the allowable range of detection of the angular velocity ωy can be widened.

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。   According to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be exerted.

なお、本実施形態では、検出用フラップ板４７は、図１５に示すように、底面２１１ａと段差部２１３との接続部に形成された角部２１４に接触し得る。そのため、角部２１４は、検出用フラップ板４７のそれ以上の変位（−Ｚ軸側への変位）を規制するストッパーとして機能するとも言える。このように、角部２１４がストッパーとして機能することから、プルイン臨界Ｌは、角部２１４よりも下方（段差部２１３の底面側）に位置することが好ましく、段差部２１３の底面側よりも下方に位置することがより好ましい。これにより、検出用フラップ板４７の基板２への貼り付きをより効果的に低減することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 15, the detection flap plate 47 can come into contact with a corner 214 formed at a connection between the bottom surface 211 a and the step 213. Therefore, it can be said that the corner portion 214 functions as a stopper that restricts further displacement (displacement toward the −Z axis side) of the detection flap plate 47. As described above, since the corner portion 214 functions as a stopper, the pull-in critical L is preferably located below the corner portion 214 (on the bottom surface side of the step portion 213), and is lower than the bottom surface side of the step portion 213. Is more preferable. Thereby, sticking of the detection flap plate 47 to the substrate 2 can be reduced more effectively.

このような角部２１４（検出用フラップ板４７と接触する位置）には、図１６および図１７に示すような凹凸を形成してもよい。図１６および図１７の構成では、角部２１４から段差部２１３内へ突出する矩形状の突出部２１５が互いに離間して複数設けられていることで凹凸が形成されている。このような構成とすることで、前述した第２実施形態と同様に、基板２と検出用フラップ板４７との接触面積を小さくすることができるため、静電力の影響を小さくすることができると共に、静電力以外の要因に起因した検出用フラップ板４７の基板２への貼り付きを低減することができる。   Such corner portions 214 (positions that come into contact with the detection flap plate 47) may be formed with irregularities as shown in FIGS. In the configuration of FIG. 16 and FIG. 17, unevenness is formed by providing a plurality of rectangular projections 215 protruding from the corner 214 into the step 213 at a distance from each other. With such a configuration, the contact area between the substrate 2 and the detection flap plate 47 can be reduced as in the above-described second embodiment, so that the influence of electrostatic force can be reduced and In addition, the sticking of the detection flap plate 47 to the substrate 2 due to factors other than the electrostatic force can be reduced.

なお、突出部２１５の形状としては、検出用フラップ板４７と基板２との接触面積を小さくすることができれば、特に限定されない。例えば、突出部２１５は、図１８に示すような三角形状や、図１９に示すような半円形状等、先端へ向けて幅が漸減するテーパー状をなしていてもよい。また、突出部２１５の数としては、特に限定されず、１つであってもよい。   The shape of the protrusion 215 is not particularly limited as long as the contact area between the detection flap plate 47 and the substrate 2 can be reduced. For example, the protrusion 215 may have a tapered shape whose width gradually decreases toward the tip, such as a triangular shape as shown in FIG. 18 or a semicircular shape as shown in FIG. The number of the protrusions 215 is not particularly limited, and may be one.

次に、本発明の振動子を備える電子機器について説明する。
図２０は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 Next, an electronic device including the vibrator of the invention will be described.
FIG. 20 is a perspective view showing a configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which the electronic device of the present invention is applied.

この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、ジャイロセンサーとして機能する振動子１が内蔵されている。   In this figure, a personal computer 1100 includes a main body 1104 having a keyboard 1102, and a display unit 1106 having a display 1108. The display unit 1106 is rotated with respect to the main body 1104 via a hinge structure. It is movably supported. Such a personal computer 1100 incorporates the vibrator 1 functioning as a gyro sensor.

図２１は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。   FIG. 21 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone (including a PHS) to which the electronic device of the present invention is applied.

この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、ジャイロセンサーとして機能する振動子１が内蔵されている。   In this drawing, a mobile phone 1200 includes an antenna (not shown), a plurality of operation buttons 1202, an earpiece 1204, and a mouthpiece 1206. A display unit 1208 is provided between the operation button 1202 and the earpiece 1204. Are located. The vibrator 1 functioning as a gyro sensor is built in such a mobile phone 1200.

図２２は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。   FIG. 22 is a perspective view illustrating a configuration of a digital still camera to which the electronic apparatus according to the invention is applied.

デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、例えば、ジャイロセンサーとして手振れ補正に用いられる振動子１が内蔵されている。
このような電子機器は、振動子１を備えているので、優れた信頼性を有している。 A display unit 1310 is provided on the back of a case (body) 1302 in the digital still camera 1300, and a display is provided based on an image pickup signal of a CCD. The display unit 1310 is a finder that displays a subject as an electronic image. Function as A light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided on the front side (back side in the figure) of the case 1302. Then, when the photographer confirms the subject image displayed on the display unit 1310 and presses the shutter button 1306, the imaging signal of the CCD at that time is transferred and stored in the memory 1308. In such a digital still camera 1300, for example, the vibrator 1 used for camera shake correction as a gyro sensor is built.
Since such an electronic device includes the vibrator 1, it has excellent reliability.

なお、本発明の電子機器は、図２０のパーソナルコンピューター、図２１の携帯電話機、図２２のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレータ等に適用することができる。   In addition to the personal computer shown in FIG. 20, the mobile phone shown in FIG. 21, and the digital still camera shown in FIG. 22, the electronic apparatus of the present invention includes, for example, a smartphone, a tablet terminal, a clock, and an ink jet type ejection device (eg, an ink jet printer). , Laptop personal computer, television, video camera, video tape recorder, car navigation system, pager, electronic organizer (including communication function), electronic dictionary, calculator, electronic game machine, word processor, workstation, videophone, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, sphygmomanometer, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish finder, various measuring devices, instruments (for example, , Instruments for vehicles, aircraft, ships), fly It can be applied to a simulator or the like.

次に、本発明の移動体について説明する。
図２３は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。 Next, the moving object of the present invention will be described.
FIG. 23 is a perspective view showing an automobile to which the moving body of the present invention is applied.

図２３に示すように、自動車１５００には振動子１が内蔵されており、例えば、振動子１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。振動子１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプター（ドローンを含む）で利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、振動子１が組み込まれる。   As shown in FIG. 23, the vibrator 1 is built in the automobile 1500, and the posture of the vehicle body 1501 can be detected by the vibrator 1, for example. The detection signal of the vibrator 1 is supplied to the vehicle body attitude control device 1502, which detects the attitude of the vehicle body 1501 based on the signal, and controls the hardness of the suspension according to the detection result, For example, the brake of each wheel 1503 can be controlled. In addition, such a posture control can be used in a bipedal walking robot or a radio-controlled helicopter (including a drone). As described above, the vibrator 1 is incorporated in realizing the posture control of various moving objects.

以上、本発明の振動子、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。   As described above, the vibrator, the electronic device, and the moving body of the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each unit may be any configuration having the same function. Can be replaced by Further, other arbitrary components may be added to the present invention.

また、前述した実施形態では、検出用フラップ板が回動軸まわりに回動する構成について説明したが、検出用フラップ板としては、Ｚ軸方向に変位することができれば、どのように変位してもよい。例えば、検出用フラップ板は、回動軸まわりにシーソー揺動してもよいし、姿勢を保ったままＺ軸方向に変位していてもよい。すなわち、シーソー揺動型の振動子であってもよいし、平行平板型の振動子であってもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the detection flap plate rotates around the rotation axis has been described. However, as long as the detection flap plate can be displaced in the Z-axis direction, Is also good. For example, the detection flap plate may swing the seesaw around the rotation axis, or may be displaced in the Z-axis direction while maintaining the posture. That is, it may be a seesaw swing type vibrator or a parallel plate type vibrator.

また、振動子としては、角速度を検出するジャイロセンサーに限定されず、例えば、加速度センサー、気圧センサー等の角速度以外の物理量を検知する物理量センサーであってもよい。また、物理量センサー以外にも、例えば、発振器等に用いられる振動子であってもよい。   Further, the vibrator is not limited to a gyro sensor that detects an angular velocity, but may be a physical quantity sensor that detects a physical quantity other than the angular velocity, such as an acceleration sensor or a barometric pressure sensor. Further, other than the physical quantity sensor, for example, a vibrator used for an oscillator or the like may be used.

１…振動子、２…基板、２１…ベース基板、２１１…凹部、２１１ａ…底面、２１２…ポスト、２１３…段差部、２１４…角部、２１５…突出部、２２…固定検出電極、３…蓋体、３１…凹部、４…機能素子、４０…構造体、４０ａ、４０ｂ…構造体、４１…質量部、４２…駆動バネ部、４３…固定部、４４…可動駆動電極、４５、４６…固定駆動電極、４７…検出用フラップ板、４７１…突出部、４８…梁部、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、Ｃ…静電容量、Ｊ…回動軸、Ｌ…プルイン臨界、Ｓ…内部空間、α…仮想直線、θ…回動角度、ωｙ…角速度   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... vibrator, 2 ... board | substrate, 21 ... base board, 211 ... recessed part, 211a ... bottom face, 212 ... post, 213 ... step part, 214 ... corner part, 215 ... protruding part, 22 ... fixed detection electrode, 3 ... lid Body, 31 recess, 4 functional element, 40 structure, 40a, 40b structure, 41 mass part, 42 drive spring part, 43 fixed part, 44 movable drive electrode, 45, 46 fixed Driving electrode, 47 ... Flap plate for detection, 471 ... Protrusion, 48 ... Beam, 1100 ... Personal computer, 1102 ... Keyboard, 1104 ... Main body, 1106 ... Display unit, 1108 ... Display unit, 1200 ... Mobile phone, 1202 ... operation buttons, 1204 ... earpiece, 1206 ... mouthpiece, 1208 ... display unit, 1300 ... digital still camera, 1302 ... case, 1304 ... light receiving unit, 13 6, shutter button, 1308, memory, 1310, display unit, 1500, automobile, 1501, vehicle body, 1502, vehicle body attitude control device, 1503, wheels, C, capacitance, J, rotation axis, L, pull-in criticality, S: internal space, α: virtual straight line, θ: rotation angle, ωy: angular velocity

Claims (11)

互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸としたとき、
前記Ｘ軸および前記Ｙ軸を含む平面に沿っている底面を含む第１の凹部が設けられているベース基板と、
前記第１の凹部に対向している第２の凹部が設けられ、前記第１の凹部と前記第２の凹部との間に内部空間が形成されるように、前記ベース基板に接合されている蓋体と、
前記第１の凹部の前記底面に設けられている固定検出電極と、
前記固定検出電極と前記Ｚ軸方向に離間して対向するように配置されている可動部、及び前記可動部に連結され、前記Ｘ軸に沿って配置されている梁部を含み、前記内部空間に配置されている構造体と、
を含み、
前記可動部は、前記梁部を回動軸として揺動可能であり、
前記梁部のバネ定数をｋｒ、
前記内部空間の誘電率をε、
前記Ｚ軸方向からの平面視で、前記固定検出電極の面積をＳｅ、
前記可動部と前記固定検出電極との間に印加する電圧をＶ、
初期状態での前記可動部と前記固定検出電極との離間距離をｄ、
前記可動部の前記Ｙ軸に沿った長さをｌとしたとき、
Ｋｒ＞ε・Ｓｅ・Ｖ ２ ・（ｌ／ｄ （３／２） ）／√２
を満足することを特徴とする物理量センサー。 When three axes orthogonal to each other are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis,
A base substrate provided with a first concave portion including a bottom surface extending along a plane including the X axis and the Y axis ;
A second concave portion facing the first concave portion is provided, and is joined to the base substrate so that an internal space is formed between the first concave portion and the second concave portion. A lid,
A fixed detection electrode provided on the bottom surface of the first recess,
A movable portion arranged to face the fixed detection electrode at a distance in the Z-axis direction, and a beam portion connected to the movable portion and arranged along the X-axis; A structure located at
Including
The movable portion is swingable around the beam portion as a rotation axis,
The spring constant of the beam part is kr,
The dielectric constant of the internal space is ε,
In a plan view from the Z-axis direction, the area of the fixed detection electrode is Se,
The voltage applied between the movable part and the fixed detection electrode is V,
The distance between the movable portion and the fixed detection electrode in the initial state is d,
When the length of the movable portion along the Y axis is l,
Kr> ε · Se · V 2 · (l / d (3/2) ) / √2
Physical quantity sensor characterized by satisfying the following . 請求項１において、
前記固定検出電極と前記可動部との間に生じる静電力と、前記梁部の復元力と、が等しくなる位置を可動臨界としたとき、
前記Ｘ軸方向からの側面視で、
前記可動部は、前記可動臨界を超える前に、前記ベース基板又は前記固定検出電極と接触することを特徴とする物理量センサー。 In claim 1,
When the electrostatic force generated between the fixed detection electrode and the movable unit, and the restoring force of the beam portion, a movable critical the equal position,
In a side view from the X-axis direction,
The movable part, before exceeding the movable critical, the physical quantity sensor, characterized by contacting the base substrate or the fixed sensing electrode. 請求項２において、
前記可動臨界は、前記ベース基板の前記可動部と対向する面に対して、前記可動部の側とは反対側に位置することを特徴とする物理量センサー。 In claim 2,
The movable criticality, the physical quantity sensor, characterized in that with respect to the movable portion and the opposing surfaces of the base substrate, the side of the movable portion on the opposite side. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記構造体は、枠状の質量部を含み、
前記Ｚ軸方向からの平面視で、前記可動部は、前記質量部の内側に配置され、
前記可動部は、前記梁部を介して、前記質量部に支持されていることを特徴とする物理量センサー。 In any one of claims 1 to 3,
The structure includes a frame-shaped mass part,
In a plan view from the Z-axis direction, the movable unit is disposed inside the mass unit,
The physical quantity sensor, wherein the movable part is supported by the mass part via the beam part . 請求項４において、
前記可動部は、前記Ｙ軸に沿って並んでいる第１の可動部と第２の可動部とから構成されていることを特徴とする物理量センサー。 In claim 4,
The physical quantity sensor, wherein the movable part includes a first movable part and a second movable part arranged along the Y axis . 請求項４または５において、
前記構造体は、駆動電極と駆動バネを含み、
前記質量部は、矩形状であり、
前記駆動バネの一端部は、前記質量部に接続され、
前記駆動バネの他端部は、前記ベース基板に接続されていることを特徴とする物理量センサー。 In claim 4 or 5,
The structure includes a driving electrode and a driving spring,
The mass section is rectangular,
One end of the drive spring is connected to the mass,
The other end of the driving spring is connected to the base substrate . 請求項４乃至６のいずれか一項において、
前記可動部は、前記質量部に向かって突出している突出部を含むことを特徴とする物理量センサー。 In any one of claims 4 to 6,
The physical quantity sensor , wherein the movable part includes a protruding part protruding toward the mass part . 請求項１乃至７のいずれか一項において、
前記ベース基板は、
前記Ｚ軸方向からの平面視で、前記可動部の先端部と対向する位置に配置され、
且つ、前記可動部の側とは反対側へ凹む段差部が設けられていることを特徴とする物理量センサー。 In any one of claims 1 to 7,
The base substrate,
In a plan view from the Z-axis direction, the movable portion is disposed at a position facing the distal end portion,
And, the physical quantity sensor, wherein a stepped portion which is recessed to the opposite side is provided to the side of the movable portion. 請求項１乃至８のいずれか一項において、
前記ベース基板の前記可動部と接触し得る箇所には、凹凸が形成されていることを特徴とする物理量センサー。 In any one of claims 1 to 8,
A physical quantity sensor , wherein irregularities are formed in a portion of the base substrate that can contact the movable portion. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の物理量センサーを含むことを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus comprising the physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 9. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の物理量センサーを含むことを特徴とする移動体。 Mobile, characterized in that it comprises a physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 9.
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